JP4104988B2

JP4104988B2 - Optical fiber and optical fiber cable

Info

Publication number: JP4104988B2
Application number: JP2003002282A
Authority: JP
Inventors: 周青柳; 泰志藤重
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2023-01-08
Also published as: JP2004212871A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバ及び光ファイバケーブルに係り、特に、被覆材との密着性が良好で、耐湿熱安定性、耐屈曲性に優れたプラスチック光ファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバとしては、広波長領域に渡って良好に光伝送を行うことができることから、石英系光ファイバが幹線系を中心に実用化されているが、高価で加工性が低いという難点がある。そのため、より安価で、軽量、大口径であり、端面加工や取り扱いが容易である等の長所を有するプラスチック光ファイバが開発され、ライティングやセンサー等の分野、ＦＡ、ＯＡ、ＬＡＮ等の短・中距離通信用途の配線などの分野で実用化されている。本明細書では、特に断りがない限り、「光ファイバ」は「プラスチック光ファイバ」を意味しているものとする。
【０００３】
現在実用化されている通信用光ファイバの多くは、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂を芯材とし、含フッ素エチレン性共重合体を鞘材とする芯鞘構造のステップインデックス型光ファイバであり、屋内配線や自動車内配線等の短・中距離通信用途における高速通信媒体としての利用が期待されている。
【０００４】
光ファイバは一般に、その外周が被覆材により被覆された光ファイバケーブルの形態で用いられる。
ここで、自動車内通信用配線等の用途に使用される光ファイバケーブルでは、エンジン等の高温体の近傍など、高温高湿環境下に敷設されるため、耐湿熱安定性が要求される。また、オイルや電解液、ガソリン等の引火性物質の存在する環境下で使用されるため、被覆材には、耐熱性、耐熱寸法安定性に優れることに加えて、耐薬品性、難燃性に優れることが要求される。
【０００５】
光ファイバケーブルにおいては、光ファイバと被覆材との密着性が高いことも要求される。光ファイバケーブルの末端にプラグ等を固定する端末処理を行う場合、光ファイバと被覆材とが強固に密着していれば、被覆材上からプラグ等を締め付けて固定できるので、端末処理を簡略化できる。被覆材上からプラグ等を固定できることは、光ファイバ保護の観点からも好ましい。さらに、光ファイバと被覆材との密着性が高ければ、光ファイバを振動などから保護することもできる。
【０００６】
また、高温高湿下では、光ファイバに熱膨張・熱収縮等の形態変化が生じ、その結果、被覆材に対して光ファイバの突き出しや引っ込みなど（ピストニング）が生じる場合がある。ピストニングが生じると、光源あるいは受光素子と光ファイバケーブル端面との距離が変化して光損失が大きくなり、光ファイバから出射される光量が変動してシステムに障害が生じる恐れがある。それ故、光ファイバと被覆材との密着性が高く、しかも光ファイバが熱膨張・熱収縮しにくく、ピストニングが小さいことが要求される。
【０００７】
さらに、光ファイバケーブルが、ロボットやセンサー、工作機械等の稼動部分に使用される場合、光ファイバは繰り返し屈曲や振動の作用を受けるため、光ファイバの芯材と鞘材間や、鞘材と被覆材間で剥離が発生し、光損失が大きくなる恐れがある。したがって、芯材と鞘材や、鞘材と被覆材が強固に密着していることが要求される。
【０００８】
特許文献１〜３には、光ファイバケーブルに耐熱性、耐薬品性、耐熱寸法安定性等を付与することを目的として、被覆材にポリアミド系樹脂を用いる技術が提案されており、現在市販されている自動車用光ファイバケーブルにおいても、被覆材としてナイロン１１やナイロン１２等のポリアミド系樹脂が使用されている。
【０００９】
高温環境下でも安定な光ファイバケーブルとして、特許文献４には、芯材がＰＭＭＡからなり、鞘材がフッ化ビニリデン（ＶｄＦ）単位４０〜６２モル％とテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）単位２８〜４０モル％とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）単位８〜２２モル％との３元共重合体からなる光ファイバの外周に、ナイロン１２からなる被覆材を設けた光ファイバケーブルが開示されている。特許文献５には、芯材がＰＭＭＡからなり、鞘材がエチレン単位５〜３０ｗｔ％とＴＦＥ単位４０〜７５ｗｔ％とＨＦＰ単位１５〜５０ｗｔ％との３元共重合体からなる光ファイバの外周に、熱可塑性樹脂からなる被覆材を設けた光ファイバケーブルが開示されている。
【００１０】
光ファイバと被覆材との密着性を高めピストニングを抑えた光ファイバケーブルとして、特許文献６には、光ファイバの外周に、被覆材として、マレイン酸無水物、フタル酸無水物、グルタル酸無水物等の有機酸無水物を含有するポリアミド系樹脂からなる一次被覆層を備え、さらにその外周に二次被覆層を設けた光ファイバケーブルが開示されている。特許文献７には、芯材がＰＭＭＡからなり、鞘材がフッ素含有合成樹脂からなる光ファイバの外周に、カルボキシル末端基濃度が最大１５μＡｑ／ｇであり、アミノ末端基濃度が５０〜３００μＡｑ／ｇの範囲内にあるポリアミドまたはコポリアミドからなる被覆材を備え、該被覆材が鞘材に対して自己接着状態で接合した光ファイバケーブル（合成樹脂製光波伝送体、Ｋ−ＬＷＬ）が開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−７７６４２号公報
【特許文献２】
特開平１０−３１９２８１号公報
【特許文献３】
特開平１１−２４２１４２号公報
【特許文献４】
特開２０００−２６６９７０号公報
【特許文献５】
特開２００１−７４９４４号公報
【特許文献６】
ＷＯ０１／４０８４１号公報
【特許文献７】
ＷＯ００／６０３８２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１〜３に開示されているように、被覆材にポリアミド系樹脂を用いることにより、光ファイバケーブルに耐熱性、耐薬品性、耐熱寸法安定性等を付与することができるが、例えば特許文献４に開示されているような通常のＶｄＦ系共重合体からなる鞘材に対して、市販のポリアミド系樹脂からなる被覆材を単に設けるだけでは、光ファイバと被覆材との密着性が良好な光ファイバケーブルを得ることは困難であった。
同様に、特許文献５に鞘材材料として記載されているエチレン／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体は、低屈折率性、低結晶化性を有するため、透光損失を低減できることに加えて、機械的特性も良好であるが、ポリアミド系樹脂からなる被覆材との密着性を向上することは困難であった。
【００１３】
特許文献６に記載されているように、有機酸無水物をポリアミド系樹脂に含有させてこれを被覆材として使用することにより、光ファイバと被覆材の密着性をある程度向上させることはできるものの、有機酸無水物をポリアミド系樹脂に混合する工程が必要になる上、有機酸無水物は刺激性があり取り扱いには注意を要するという点で、製造作業上の負担を増大させてしまう。
【００１４】
特許文献７に記載されているように、特定濃度のカルボキシル末端基およびアミノ末端基を有するポリアミド系樹脂からなる被覆材を、自己接着状態で鞘材に接合させるには、鞘材材料のフッ素含有合成樹脂がＶｄＦ単位を一定量以上含有していることが必要であり、該技術を適用できる鞘材の種類が限られている。加えて、ＶｄＦ単位の含有量が多くなる程、鞘材の熱変形温度やガラス転移点が低下するため光ファイバの耐熱性が低下する傾向にある。また、ＶｄＦ単位の含有量が多くなる程、鞘材の屈折率を下げることが難しくなるため、光ファイバが小さい曲率半径で曲げられた際にも曲げ光量損失が少ない高開口数光ファイバを得ることが困難な傾向にある。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、製造作業性を損なうことなく、被覆材との密着性が良好で、耐湿熱安定性、耐屈曲性に優れた光ファイバを提供することを目的とする。また、製造作業性を損なうことなく、光ファイバと被覆材との密着性が良好で、耐湿熱安定性、耐屈曲性に優れた光ファイバケーブルを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するべく鋭意検討を行い、以下の光ファイバ及び光ファイバケーブルを発明した。
【００１７】
本発明の光ファイバは、芯材及びその外周に同心円状に形成された単層又は複層構造の鞘材を備えた光ファイバにおいて、前記鞘材の最外層が、カルボキシル基、カルボキシル誘導体基、エチレンオキシド基から選ばれる少なくとも１種の官能基を有する官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）単位０．２〜４０質量％と、単量体（ａ）とは異なる含フッ素エチレン性単量体（ｂ）単位６０〜９９．８質量％とを含む含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）を主成分とすることを特徴とする。
本明細書において、「主成分」とは含有量の最も多い成分と定義する。
【００１８】
本発明の光ファイバにおいて、含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）の屈折率が１．３０〜１．４２の範囲にあり、結晶融点またはガラス転移点が２３０℃以下であることが好ましい。本明細書において、「屈折率」は、ナトリウムＤ線による２５℃での屈折率を意味しているものとする。
【００１９】
また、含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）が、官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）単位として、下記一般式（１）で表される少なくとも１種の単量体単位を含むことが好ましい。
ＣＸ^１ ₂＝ＣＸ^２−Ｒ^１−Ｙ・・・（１）
（但し、式中、Ｘ^１、Ｘ^２は各々独立に水素原子又はフッ素原子を示し、Ｙはカルボキシル基、カルボキシルエステル基、エチレンオキシド基のうちいずれかの基を示し、Ｒ^１は炭素数１〜５の含フッ素アルキレン基または一般式−ＯＲ^２（Ｒ^２は炭素数１〜５の含フッ素アルキレン基）で表される基を示す。）
【００２０】
また、含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）が、含フッ素エチレン性単量体（ｂ）単位として、フッ化ビニリデン単位０〜２０質量％とテトラフルオロエチレン単位３０〜７５質量％と下記一般式（２）で表される単量体単位３０．１〜７０質量％とを含むことが好ましい。
ＣＦ_２＝ＣＦ−Ｒ^３・・・（２）
（但し、式中、Ｒ^３は炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基または一般式−ＯＲ^４（Ｒ^４は炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基）で表される基を示す。）
【００２１】
含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）は、含フッ素エチレン性単量体（ｂ）単位として、テトラフルオロエチレン単位２５〜７０質量％とエチレン単位５〜６０質量％と下記一般式（２）で表される単量体単位５〜４５質量％とを含むものであっても良い。
ＣＦ_２＝ＣＦ−Ｒ^３・・・（２）
（但し、式中、Ｒ^３は炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基または一般式−ＯＲ^４（Ｒ^４は炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基）で表される基を示す。）
【００２２】
含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）は、含フッ素エチレン性単量体（ｂ）単位として、
フッ化ビニリデン単位７０〜９０質量％とテトラフルオロエチレン単位１０〜３０質量％の２成分、
もしくはフッ化ビニリデン単位１０〜５０質量％とテトラフルオロエチレン単位３０〜７０質量％とヘキサフルオロプロピレン単位１５〜３０質量％の３成分を含むものであっても良い。
【００２３】
また、前記鞘材が２層構造であると共に、前記芯材、前記鞘材の内層、前記鞘材の外層の順に、屈折率が低下するように構成されていることが好ましい。
この場合、前記鞘材の内層が、下記一般式（３）で表されるフルオロアルキル（メタ）アクリレート（ｃ）単位１５〜９０質量％を含み、屈折率が１．３９〜１．４７５の範囲にある共重合体を主成分とすることが好ましい。
ＣＨ_２＝ＣＸ^３−ＣＯＯ（ＣＨ_２）_ｍ（ＣＦ_２）_ｎＸ^４・・・（３）
（但し、式中、Ｘ^３は水素原子またはメチル基、Ｘ^４は水素原子またはフッ素原子を示し、ｍは１又は２、ｎは１〜１２の整数を示す。）
【００２４】
本発明の光ファイバケーブルは、以上の本発明の光ファイバの外周が、熱可塑性樹脂からなる単層又は複層構造の被覆材により被覆されてなることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
［光ファイバ］
本発明の光ファイバは、芯材及びその外周に同心円状に形成された単層又は複層構造の鞘材からなる。
（芯材）
芯材は、透光性に優れることから、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸メチルと少なくとも１種のビニル系単量体との共重合体から選ばれる少なくとも１種を主成分として構成することが好ましい。
メタクリル酸メチルの共重合体を用いる場合、透明性確保の観点から、メタクリル酸メチル単位の含有量は５０質量％以上が好ましく、６０質量％以上がより好ましく、７０質量％以上が特に好ましい。共重合可能なビニル系単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、ｎ−アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシル等のメタクリル酸エステル類、マレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、スチレン等が挙げられる。
また、光ファイバに耐熱性が要求される場合には、ポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂を主成分として構成しても良い。ポリカーボネート系樹脂は、公知のものを使用できる。
【００２６】
（鞘材）
鞘材は単層構造と複層構造のいずれであっても良いが、少なくとも鞘材の最外層については、芯材とポリアミド系樹脂等を主成分とする被覆材の双方に対して高い密着性を発現するように、極性官能基を有する特定の含フッ素エチレン性共重合体を主成分として構成する。
かかる構成を採用することによって、被覆材に接着性向上剤を添加したり、光ファイバと被覆材との間に密着層を設けたりすることなく、簡易に光ファイバと被覆材とが強固に密着した光ファイバケーブルを提供できる。さらに、本発明の光ファイバを用いた光ファイバケーブルは、長期間、高温高湿環境下で使用されても、光ファイバと被覆材との密着性が低下することがない。
【００２７】
鞘材の最外層の主成分である含フッ素エチレン性共重合体は、芯材と被覆材の双方に対して優れた密着性を発現するものであるだけでなく、低屈折率であり、良好な透明性を有し、さらに耐屈曲性および加工性に優れることが重要である。かかる特性を有する含フッ素エチレン性共重合体として、本発明では、カルボキシル基、カルボキシル誘導体基、エチレンオキシド基から選ばれる少なくとも１種の官能基を有する官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）単位と、単量体（ａ）とは異なる含フッ素エチレン性単量体（ｂ）単位とを含む含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）を採用する。なお、含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）は、単量体（ａ）単位、単量体（ｂ）単位として、各々１種又は複数種の単量体を含むものとする。
含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）の重合方法としては特に限定されず、懸濁重合法や乳化重合法など、公知の方法を採用することができる。
【００２８】
含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）においては、単量体（ａ）単位の含有量を０．２〜４０質量％とし、単量体（ｂ）単位の含有量を６０〜９９．８質量％とする。
官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）単位の含有量が０．２質量％未満では、密着性向上効果が不十分となり、４０質量％超では、共重合体（Ｘ）の成形安定性や耐熱性が低下する恐れがある。
【００２９】
含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）の屈折率は１．３０〜１．４２の範囲にあることが好ましい。
屈折率が１．３０未満では、エラストマー性が高くなる傾向にあり、溶融紡糸安定性が低下したり、光ファイバをボビンに巻き取る際に、光ファイバ同士が密着する恐れがある。屈折率が１．４２超では、光ファイバの開口数が小さくなるため、光ファイバが屈曲半径１５ｍｍ以下で屈曲された際に、曲げ光量損失が大きくなる傾向がある。
【００３０】
含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）の結晶融点またはガラス転移点が２３０℃以下であることが好ましい。結晶融点とガラス転移点がいずれも２３０℃超では、ＰＭＭＡやＰＣ系樹脂等からなる芯材を備えた光ファイバの一般的な紡糸温度付近での成形が困難になる恐れがある。
【００３１】
含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）は、官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）単位として、下記一般式（１）で表される少なくとも１種の単量体単位を含むことが好ましい。
ＣＸ^１ ₂＝ＣＸ^２−Ｒ^１−Ｙ・・・（１）
式（１）中、Ｘ^１、Ｘ^２は各々独立に水素原子又はフッ素原子を示し、Ｒ^１は炭素数１〜５の含フッ素アルキレン基または一般式−ＯＲ^２（Ｒ^２は炭素数１〜５の含フッ素アルキレン基）で表される基を示す。
鞘材の最外層とその下地層（芯材または鞘材のその他の層）とを強固に密着できることから、Ｙはカルボキシル基、カルボキシルエステル基、エチレンオキシド基のうちいずれかの基であることが好ましい。
【００３２】
上記一般式（１）で表される単量体単位としては、以下の構造式で示されるものが具体的に挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、いずれの式においても、ｎは１〜４の整数、ｍは０〜３の整数（但し、ｎ＋ｍは１〜５の整数）を示す。また、ＥＯはエチレンオキシド基を示す。
ＣＦ_２＝ＣＦ（ＣＦ_２）_ｎ（ＣＨ_２）_ｍＣＯＯＨ
ＣＦ_２＝ＣＦ（ＣＦ_２）_ｎ（ＣＨ_２）_ｍＣＯＯＣＨ_３
ＣＦ_２＝ＣＦ（ＣＦ_２）_ｎ（ＣＨ_２）_ｍ−ＥＯ
ＣＦ_２＝ＣＦＯ（ＣＦ_２）_ｎ（ＣＨ_２）_ｍＣＯＯＨ
ＣＦ_２＝ＣＦＯ（ＣＦ_２）_ｎ（ＣＨ_２）_ｍＣＯＯＣＨ_３
ＣＦ_２＝ＣＦＯ（ＣＦ_２）_ｎ（ＣＨ_２）_ｍ−ＥＯ
ＣＨ_２＝ＣＨＯ（ＣＦ_２）_ｎ（ＣＨ_２）_ｍＣＯＯＨ
ＣＨ_２＝ＣＨＯ（ＣＦ_２）_ｎ（ＣＨ_２）_ｍＣＯＯＣＨ_３
ＣＨ_２＝ＣＨＯ（ＣＦ_２）_ｎ（ＣＨ_２）_ｍ−ＥＯ
【００３３】
含フッ素エチレン性単量体（ｂ）は、含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）の耐熱性、屈折率、成形安定性、溶融流動性等を調整するための成分である。
【００３４】
（Ａ）例えば、光ファイバに低曲げ損失が要求される場合には、低屈折率（高開口角）、透明性の観点から、含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）は、含フッ素エチレン性単量体（ｂ）として、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）単位０〜２０質量％とテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）単位３０〜７５質量％と下記一般式（２）で表される単量体単位３０．１〜７０質量％とを含むことが好ましい。
ＣＦ_２＝ＣＦ−Ｒ^３・・・（２）
（但し、式中、Ｒ^３は炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基または一般式−ＯＲ^４（Ｒ^４は炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基）で表される基を示す。）
ＶｄＦ単位には成形安定性を向上する効果があり、ＴＦＥ単位には、耐熱性を向上する効果があり、式（２）で表される単量体単位には、成形安定性や溶融流動性を調整する効果がある
なお、式（２）で表される単量体単位としては、具体的には、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）単位、オクタフルオロプロピレン単位や、パーフルオロトリフルオロメチルビニルエーテル、パーフルオロペンタフルオロエチルビニルエーテル等のパーフルオロアルキルビニルエーテル単位等が挙げられる。
【００３５】
（Ｂ）光ファイバに耐熱性が要求される場合には、熱変形温度、成形安定性の観点から、含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）は、含フッ素エチレン性単量体（ｂ）として、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）単位２５〜７０質量％とエチレン単位５〜６０質量％と下記一般式（２）で表される単量体単位５〜４５質量％とを含むことが好ましい。
ＣＦ_２＝ＣＦ−Ｒ^３・・・（２）
（但し、式中、Ｒ^３は炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基または一般式−ＯＲ^４（Ｒ^４は炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基）で表される基を示す。）
【００３６】
（Ｃ）光ファイバに成形安定性や、鞘材の最外層とその下地層（芯材または鞘材のその他の層）とのより強い密着性が要求される場合には、メタクリレート系重合体等との密着性を向上する観点から、含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）は、含フッ素エチレン性単量体（ｂ）として、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）単位７０〜９０質量％とテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）単位１０〜３０質量％の２成分、もしくはフッ化ビニリデン（ＶｄＦ）単位１０〜５０質量％とテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）単位３０〜７０質量％とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）単位１５〜３０質量％の３成分を含むことが好ましい。
【００３７】
（Ｂ）に関して言えば、鞘材材料として、これまでエチレン単位とＴＦＥ単位とＨＦＰ単位とからなり、屈折率が１．４２以下の３元共重合体（ＥＦＥＰ共重合体）は知られている。ＥＦＥＰ共重合体の成分のうちエチレン単位とＴＦＥ単位はもともと結晶性の高い成分である。加えて、屈折率を１．４２以下とするにはＴＦＥ単位を高濃度で含有させる必要があるため、共重合体の結晶性が高くなる傾向がある。そのため、鞘材にＥＦＥＰ共重合体を用いると、常温で白濁して透明性が低下する、融点が高くなり光ファイバの紡糸温度付近での流動性が低下するなどの不都合が生じ、初期伝送特性や耐熱特性の低下を招くことがあった。
これに対して、官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）と、エチレン単位とＴＦＥ単位とＨＦＰ単位とからなる共重合体（変性ＥＦＥＰ共重合体）は、屈折率が１．４２以下であっても、透明性が高く融点が低く、しかもＰＭＭＡ等を芯材とする光ファイバの紡糸温度付近での流動性に優れる。これは、官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）中の官能基構造によって、結晶性が低下するためと思われる。したがって、この共重合体を鞘材の最外層に用いることにより、初期伝送特性および耐熱特性に優れた光ファイバを提供できる。
【００３８】
含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）は、官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）単位が、鞘材の最外層の下地層（芯材または鞘材のその他の層）を構成するメタクレート系重合体等との親和性が高いため、鞘材の最外層と下地層の界面にこれらが相溶してなる相溶層を設けなくても、鞘材の最外層と下地層とは強固に密着した状態となる。これによって、光ファイバが繰り返し屈曲を受けた際にも、芯材鞘材間や鞘材の層間の剥離が抑えられる。また、光ファイバが高温高湿環境下で長時間使用される場合にも、同界面における構造不整の増大に起因する伝送損失の増加が抑制される。そして、鞘材自身が持つ耐熱特性と相まって、光ファイバの耐湿熱性の向上が図られる。
【００３９】
含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）の屈折率は１．４２以下が好ましく、１．３７以下がより好ましく、１．３３以下が特に好ましい。かかる屈折率の共重合体（Ｘ）を鞘材の少なくとも最外層に用いることで、例えばワイヤーハーネス類と共に束ねられ車体に配設される場合などに半径１５ｍｍ以下で屈曲されても、曲げ光量損失の少ない光ファイバを提供することができる。但し、共重合体（Ｘ）は、屈折率が小さくなる程、フルオロビニル化合物単位を多く含有することになるため、エラストマー性が高くなる傾向にある。したがって、共重合体（Ｘ）の屈折率は１．３０以上が好ましい。
【００４０】
含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）は、ＰＯＦの成形安定性の点から、鞘材の最外層の荷重を５ｋｇｆ（４９Ｎ）として測定した２３０℃におけるメルトフローインデックスが、５〜１００ｇ／１０分の範囲にあることが好ましく、１０〜５０ｇ／１０分の範囲にあることがより好ましい。メルトフローインデックスは、共重合体（Ｘ）の重合時に分子量を調整したり、低分子量の共重合体を適当量添加することで、適宜調整できる。
【００４１】
以上説明したように、含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）は、低屈折率でありながら結晶性が低いため、透明性、成形安定性にも優れ、これを少なくとも鞘材の最外層として用いることにより、性能に優れた光ファイバを提供することができる。
【００４２】
鞘材は単層構造と複層構造のいずれであっても良いことを述べたが、鞘材が複層構造である場合、製造コスト低減の観点から、第１層（内層）の外周に第２層（外層）を設けた２層構造とすることが好ましい。
このように鞘材を２層構造とする場合には、芯材、鞘材の第１層（内層）、鞘材の第２層（外層）の順に、屈折率が低下するように構成することが好ましい。かかる構成を採用することにより、光ファイバが屈曲されて鞘材の第１層から光が漏れたとしても、その漏洩光を鞘材の第２層で芯材側に反射させることができるので、曲げ損失を低減できる。
【００４３】
鞘材を２層構造とする場合、鞘材の第１層（内層）の構成材料については適宜設計することができる。
例えば、鞘材の第１層は、良好な透明性および耐熱性を有しながら、耐屈曲性および加工性に優れることから、下記一般式（３）で表されるフルオロアルキル（メタ）アクリレート（ｃ）単位１５〜９０質量％と、単量体（ｃ）とは異なる単量体（ｄ）単位８５〜１０質量％とからなり、屈折率が１．３９〜１．４７５の範囲にある共重合体を主成分として構成することが好ましい。
ＣＨ_２＝ＣＸ^３−ＣＯＯ（ＣＨ_２）_ｍ（ＣＦ_２）_ｎＸ^４・・・（３）
（但し、式中、Ｘ^３は水素原子またはメチル基、Ｘ^４は水素原子またはフッ素原子を示し、ｍは１又は２、ｎは１〜１２の整数を示す。）
【００４４】
光ファイバに対して高帯域伝送が要求される場合には、鞘材の第１層は、下記一般式（４）で表される長鎖フルオロアルキルメタクリレート単位０〜５０質量％と、下記一般式（５）で表される短鎖フルオロアルキルメタクリレート単位０〜５０質量％と、他の共重合可能な単量体単位５０〜８０質量％とからなり、屈折率が１．４５〜１．４８の範囲にある共重合体を主成分として構成することが好ましい。
ＣＨ_２＝Ｃ（ＣＨ_３）ＣＯＯ（ＣＨ_２）_ｍ（ＣＦ_２）_ｎＣＦ_３・・・（４）
（但し、式中、ｍは１又は２、ｎは５〜１２の整数を示す。）
ＣＨ_２＝Ｃ（ＣＨ_３）ＣＯＯＣＨ_２（ＣＦ_２）_ｎＸ・・・（５）
（但し、式中、Ｘは水素原子またはフッ素原子を示し、ｎは１〜４の整数を示す。）
なお、鞘材の第１層の屈折率が高すぎると、鞘材の第２層による曲げ光量損失の抑制効果が不十分となる傾向があるため、光ファイバが使用される環境に応じて伝送帯域と曲げ光量損失とのバランスをとることが望ましい。
【００４５】
光ファイバに対して特に低曲げ損失が要求される場合には、鞘材の第１層は、上記一般式（４）で表される長鎖フルオロアルキルメタクリレート単位０〜８０質量％と、上記一般式（５）で表される短鎖フルオロアルキルメタクリレート単位１０〜９０質量％と、他の共重合可能な単量体単位１０〜５０質量％とからなり、屈折率が１．３９〜１．４３５の範囲にある共重合体を主成分として構成することが好ましい。
【００４６】
光ファイバに対して特に耐熱性が要求される場合には、鞘材の第１層は、下記一般式（６）で表されるα−フルオロアクリル酸エステル単位を有し、屈折率が１．３８〜１．４３５の範囲にあり、ガラス転移点が１００℃以上の共重合体を主成分として構成することが好ましい。
ＣＨ_２＝ＣＦ−ＣＯＯＣＨ_２（ＣＦ_２）_ｎＸ・・・（６）
（但し、式中、Ｘは水素原子またはフッ素原子を示し、ｎは１〜４の整数を示す。）
上記式（６）で表されるα−フルオロアクリル酸エステルとしては、α−フルオロアクリル酸メチル、α−フルオロアクリル酸２，２，２−トリフルオロエチル、α−フルオロアクリル酸２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピル等が具体的に挙げられる。
【００４７】
以上説明したように、鞘材の第２層を、官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）と含フッ素エチレン性単量体（ｂ）との共重合体（Ｘ）を主成分として構成し、芯材、鞘材の第１層（内層）、鞘材の第２層（外層）の順に、屈折率が低下するように構成することにより、半径１５ｍｍ以下での曲げ損失光量が低減され、耐湿熱安定性に優れた光ファイバを提供することができる。
【００４８】
（保護層）
本発明の光ファイバにおいては、耐屈曲性および耐湿熱性等を一層向上させるために、鞘材の外周に保護層を設けても良い。
保護層材料としては、例えば、フッ素原子含有率が５９質量％以上のフッ素系樹脂を用いることが好ましい。かかる材料を用いることにより、十分な耐屈曲性、耐湿熱性、耐薬品性の向上効果が得られる。
保護層材料としては、具体的には、ＶｄＦ／ＴＦＥ共重合体、ＶｄＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、ＶｄＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ／（パーフルオロ）アルキルビニルエーテル共重合体、ＶｄＦ／ヘキサフルオロアセトン共重合体、ＶｄＦ／トリフルオロエチレン共重合体、ＶｄＦ／ＨＦＰ共重合体、ＶｄＦ／ＴＦＥ／ヘキサフルオロアセトン共重合体、エチレン／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４９】
［光ファイバケーブル］
本発明の光ファイバケーブルは、以上の本発明の光ファイバの外周が、単層又は複層構造の被覆材により被覆されたものである。光ファイバの外周にかかる被覆材を設け光ファイバケーブルとすることによって、より一層の耐屈曲性および耐湿熱性の向上が図られる。なお、被覆材は、芯材と直接接しないので、結晶化により透明性が低下しても特に問題は生じない。
【００５０】
被覆材の各層は、光ファイバの被覆材として一般に用いられている種々の熱可塑性樹脂を主成分として構成することができるが、使用環境に応じて、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリウレタン系樹脂、及びフッ化ビニリデン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種を主成分として構成することが好ましい。
【００５１】
中でも、ポリアミド系樹脂は、耐熱性、耐屈曲性、耐溶剤特性に優れることから、耐熱性および耐環境特性を要求される用途向けの光ファイバケーブルの被覆材に用いて好適である。また、加工性に優れ、適度な融点を有しているため、光ファイバの伝送性能を低下させることなく、光ファイバを容易に被覆することができるという利点も持つ。
【００５２】
ポリアミド系樹脂としては、ナイロン１０、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６、ナイロン６６等の単独重合体や、これらの組み合わせからなる共重合体、柔軟なセグメントを導入したナイロン系エラストマー等が挙げられる。これらは１種を単独で使用しても良いし、２種類以上を組み合わせて使用しても良く、また、必要に応じて、ポリアミド系樹脂以外の重合体や化合物を添加して使用することもできる。他の重合体や化合物などの他成分を配合する場合には、ポリアミド系樹脂の含有量が２０質量％以上、好ましくは５０質量％以上となるように、所望の効果が得られる範囲内で他成分を添加することが好ましい。
【００５３】
ポリアミド系樹脂の中では、特に、ナイロン１１又はナイロン１２、あるいはこれらの組み合わせからなる共重合体が好ましい。これらは被覆工程における成形性が良好で、光ファイバに熱的および機械的なダメージを与えにくい。しかも、密着性および寸法安定性にも優れるため、ピストニングを効果的に防止する効果も奏する。
【００５４】
従来の屈折率１．４２以下の含フッ素エチレン性重合体からなる鞘材は、特に、被覆材がナイロン１１やナイロン１２等のポリアミド系樹脂からなる場合に、被覆材との密着性が低下する傾向にあった。光ファイバの鞘材と被覆材との密着性が低下すると、例えば車載された光ファイバケーブルにおいては、走行中の振動や、エンジン周辺あるいは夏場等の高温環境下で、光ファイバのコネクタの緩みや、ピストニング等が生じやすくなる。
しかしながら、本発明では、鞘材の最外層を官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）単位を含む特定の含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）により構成したので、かかる恐れはない。これは、官能基含有含フッ素エチレン性単量体（ａ）単位が、被覆材を構成するポリアミド系樹脂等との親和性が高く、鞘材の最外層と被覆材とが強固に密着した状態となるからである。したがって、高温下や高温高湿下等で長時間使用される場合にも、光ファイバのコネクタの緩みや、ピストニング等が抑制され、耐湿熱性の極めて良好な光ファイバケーブルが提供される。
【００５５】
鞘材の最外層と被覆材との密着性をより強固なものとするために、被覆材の少なくとも最内層は、末端アミノ基含有量が３０〜３００μｅｑ／ｇの範囲にあるポリアミド系樹脂を主成分として構成することが好ましい。かかるポリアミド系樹脂としては、例えば、ＥＭＳ社製のＧｒｉｌａｍｉｄｅ-Ｌ１６Ａ（商品名）等が市販されている。被覆材の最内層に用いるポリアミド系樹脂の末端アミノ基含有量が３０μｅｑ／ｇ未満では、密着性向上効果が十分に発現しない恐れがあり、３００μｅｑ／ｇ超では、樹脂の溶融流動性が低下したり、光ファイバケーブルの表面平滑性が低下する恐れがある。
【００５６】
本発明の光ファイバケーブルでは、光ファイバへの外光の入射を防止するために、被覆材にカーボンブラック等の遮光剤を含有させることもできる。また、光ファイバケーブルの識別性、意匠性を高めるために、被覆材に着色剤を含有させることもできる。着色剤としては、染料系や無機系の公知のものが用いられるが、耐熱性の観点から無機顔料を用いることが好ましい。
その他、被覆材に難燃性を付与あるいは向上するために、難燃剤を含有させてもよい。難燃剤としては、金属水酸化物、燐化合物、トリアジン系化合物などの公知の難燃剤を用いることができる。ポリアミド系樹脂を被覆材の主成分として用いる場合は、トリアジン系化合物が好ましく、特にシアヌル酸メラミンが好ましい。
【００５７】
以上説明したように、本発明によれば、鞘材の最外層を特定の含フッ素エチレン性共重合体（Ｘ）を主成分として構成したので、被覆材との密着性が良好で、伝送性能、耐湿熱安定性、耐屈曲性等に優れた光ファイバを提供することができる。本発明では、有機酸無水物のような刺激性物質を用いることなく、かかる効果を得ることができるので、製造作業性を損なうこともない。
そして、本発明の光ファイバを用いることにより、製造作業性を損なうことなく、光ファイバと被覆材との密着性が良好で、伝送性能、耐湿熱安定性、耐屈曲性等に優れた光ファイバケーブルを提供することができる。本発明の光ファイバケーブルは、難燃性、耐薬品性などにも優れる。
本発明によれば、光ファイバと被覆材との間の引抜強度が１５Ｎ以上の光ファイバケーブルを提供することができ、光ファイバと被覆材との間の引抜強度が２０Ｎ以上、さらには３０Ｎ以上の光ファイバケーブルを提供することも可能である。光ファイバと被覆材との間の引抜強度が１５以上、好ましくは２０Ｎ以上、より好ましくは３０Ｎ以上であれば、光ファイバと被覆材との密着性が十分に強いため、振動などの機械的作用によって、コネクタ部等における光ファイバの破断を防止することができる。
【００５８】
【実施例】
次に、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
（評価項目および評価方法）
各実施例、比較例における評価項目および評価方法は以下の通りとした。
＜メルトフローインデックス（ＭＦＲ）＞
日本工業規格ＪＩＳＫ７２１０に準拠し、２３０℃、荷重５ｋｇｆ（４９Ｎ）の条件下で、直径２ｍｍ、長さ８ｍｍのノズルから１０分間に吐出される樹脂量から、メルトフローインデックス（ＭＦＲ）を測定した。
（屈折率）
溶融プレス法により厚さ２００μｍのフィルム状の試験片を作製し、アッベ屈折計を用い、２５℃におけるナトリウムＤ線の屈折率（ｎ_Ｄ ^２５）を測定した。
【００５９】
（伝送損失）
２５ｍ−５ｍカットバック法により伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）を測定した。測定波長は６５０ｎｍ、入射光のＮＡ（開口数）は０．１、０．６５の光とした。なお、伝送損失は、初期と、光ファイバケーブルを温度８５℃、相対湿度（ＲＨ）９５％のオーブン内に１０００時間静置した後の２回測定を行った。また、その差から、損失増加量を求めた。
【００６０】
（曲げ損失）
長さ１０ｍの光ファイバケーブルの一端から波長６６０ｎｍのＬＥＤ光を入射させた。その状態のまま、光ファイバケーブルの中央部を半径１０ｍｍ（Ｒ１０ｍｍ）の棒状物の外周に３６０°巻き付け、他端から出射される光量を測定した。このように屈曲させた光ファイバケーブルの出射光量と、非屈曲状態の同光ファイバケーブルについて同様に測定した出射光量の差から曲げ損失を算出した。
【００６１】
（繰り返し屈曲回数）
長さ４ｍの光ファイバケーブルの一端に荷重５００ｇｆ（４．９Ｎ）をかけ、光ファイバケーブルの中央部を直径１５ｍｍの２本の円管にて挟持した。この状態で、光ファイバケーブルの他端を一方の円管側に移動させて光ファイバケーブルが９０°折れ曲がるように該円管の外周に巻き付け、さらに他方の円管側に移動させて光ファイバケーブルが９０°折れ曲がるように該円管の外周に巻き付け、合計１８０°屈曲させた。この操作を繰り返し、光ファイバケーブルが破断するまでの曲げ回数を測定した。
【００６２】
（被覆層の引抜強度）
被覆層の引抜強度（剥離強度）は、図１に示すように、光ファイバケーブル１０を保持する治具１２と、治具１２の一端部に形成された突起１４を把持するチャック８と、光ファイバケーブル１０の剥離部分５を把持するチャック７とを備えた測定装置２０を用いて測定した。治具１２には、光ファイバケーブル１０の被覆部分４が収容される保持室１３と、光ファイバケーブル１０の剥離部分５よりも大きく被覆部分４よりも狭い貫通孔１５が形成されている。
測定にあたっては、一端側の被覆層を剥離した光ファイバケーブルを用意し、光ファイバケーブルの被覆部分４の長さが３０ｍｍになるように切断した。
次に、治具１２に形成されている保持室１３内に光ファイバケーブルの被覆部分４を収容し、光ファイバケーブルの剥離部分５を貫通孔１５から抜き出した。次に、治具１２の一端部に形成されている突起１４をチャック８で把持し、光ファイバケーブルの剥離部分５をチャック７で把持した。
次に、光ファイバケーブル１０の中心軸方向（図中矢印方向）に沿って、一定速度５０ｍｍ／ｍｉｎでチャック８を移動させて治具１２を引っ張り、光ファイバケーブル１０の被覆部分４において剥離部分５よりも厚い部分を引き抜いた。このときの引き抜き応力と、光ファイバケーブル１０の被覆部分４において剥離部分５よりも厚い部分の引き抜き方向へのずれ量との関係を示す曲線から、引き抜く際の応力のピーク値を読みとり引抜強度とした。
また、引抜強度の熱安定性を評価するため、長さ１００ｃｍの光ファイバケーブルを８５℃、相対湿度（ＲＨ）９５％のオーブン内に１０００時間静置した後についても、同様に測定を行った。
【００６３】
（ピストニング）
光ファイバケーブルの一端を、光ファイバケーブルの外径よりも５０μｍ大きい内径を有するプラグに挿入し、被覆層をかしめ固定して、プラグ付き光ファイバケーブルを作製した。９０℃の乾燥機内に、作製した長さ１００ｃｍのプラグ付き光ファイバケーブルを２４時間静置した後の、プラグ端面からの光ファイバケーブルの突出または引込みの長さを測定した。
【００６４】
（実施例１）
以下のようにして、単層構造の芯材と２層構造の鞘材とからなる光ファイバを、１層の被覆層からなる被覆材により被覆した光ファイバケーブルを得た。
芯材材料としてＰＭＭＡ（屈折率１．４９２）、鞘材の第１層（鞘材の最内層）材料として、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート（３ＦＭ）／２−（パーフルオロオクチル）エチルメタクリレート（１７ＦＭ）／メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）／メタクリル酸（ＭＡＡ）共重合体（各成分の質量比５０／３０／２０／１、屈折率１．４１６）、鞘材の第２層（鞘材の最外層）材料として、構造式ＣＦ_２＝ＣＦＣＦ_２ＣＯＯＨで示されるカルボキシル基含有含フッ素エチレン単量体（Ｉ）／エチレン（Ｅｔ）／テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）／ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）共重合体（各成分の質量比２／４５／２８／２５、屈折率１．４０８、ＭＦＲ４０、ガラス転移点６０℃）を用いた。
これらの材料を溶融して２２０℃の紡糸ヘッドに供給し、同心円状複合ノズルを用いて複合紡糸した後、１４０℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に２倍に延伸し、鞘材の第１層と第２層の厚みがいずれも１０μｍ、外径が１ｍｍの光ファイバを得た。
この光ファイバに対して、クロスヘッドケーブル被覆装置を用いて、２２０℃に設定したクロスヘッドダイにて、変性ナイロン１２（ＥＭＳ社製、Ｇｒｉｌａｍｉｄｅ−Ｌ１６Ａ、末端アミノ基含有量１１６μｅｑ／ｇ）を被覆し、厚み２５０μｍの被覆層を形成し、外径１．５ｍｍの光ファイバケーブルを得た。
【００６５】
（実施例２〜６、比較例１、２）
組成を表１に示す通りとした以外は実施例１と同様にして、光ファイバケーブルを得た。
【００６６】
表１における各略号は以下の化合物を示す。
フッ素化メタクリレート共重合体：２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート／２−（パーフルオロオクチル）エチルメタクリレート／メタクリル酸メチル／メタクリル酸共重合体（各成分の質量比５０／３０／２０／１）
単量体（I）：構造式ＣＦ_２＝ＣＦＣＦ_２ＣＯＯＨで示されるカルボキシル基含有含フッ素エチレン単量体
単量体（II）：構造式ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＯＯＣＨ_３で示されるカルボキシルエステル基含有含フッ素エチレン単量体
単量体（III）：構造式ＣＦ_２＝ＣＦＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２−ＥＯ（但し、式中、ＥＯはエチレンオキシド基を示す。）で示されるエチレンオキシド基含有含フッ素エチレン単量体
Ｅｔ：エチレン
ＴＦＥ：テトラフルオロエチレン
ＨＦＰ：ヘキサフルオロプロピレン
ＰＦＴＦＭＶＥ：パーフルオロトリフルオロメチルビニルエーテル
ＰＡ１２：ナイロン１２（ＥＭＳ社製、Ｇｒｉｌａｍｉｄｅ−Ｌ１６Ａ）
【００６７】
（結果）
各実施例、比較例において得られた結果を表２に示す。
表１、表２に示すように、鞘材の最外層を、カルボキシル基、カルボキシルエステル基、又はエチレンオキシド基を有する含フッ素エチレン性単量体（I）〜（III）のうちいずれかを含む含フッ素エチレン性共重合体により構成した実施例１〜６では、得られた光ファイバケーブルは、初期と高温高湿環境下に保存後の双方について伝送損失が小さく伝送性能が良好であった。また、曲げ損失が小さく、繰り返し屈曲回数が大きく、耐屈曲性に優れたものであった。さらに被覆層の引抜強度は初期と高温高湿環境下に保存後の双方について２２Ｎ以上と大きく、光ファイバと被覆層の密着性が極めて良好であり、ピストニングも５μｍ未満と極めて良好であった。
【００６８】
これに対して、鞘材の最外層を、Ｅｔ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、又はＴＦＥ／ＰＦＴＦＭＶＥにより構成した比較例１、２では、得られた光ファイバケーブルは、鞘材の最外層を同程度の屈折率を持つ材料により構成した実施例２、６と比較して、初期伝送損失は同程度であったが、繰り返し屈曲回数（耐屈曲性）および引抜強度（密着性）が著しく小さく、またピストニングが著しく大きく、性能が不良であった。
【００６９】
【表１】

【００７０】
【表２】

【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、製造作業性を損なうことなく、被覆材との密着性が良好で、伝送性能、耐湿熱安定性、耐屈曲性に優れた光ファイバを提供することができる。また、同様の効果を奏する光ファイバケーブルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る実施例及び比較例における引抜強度の測定方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０光ファイバケーブル
２０測定装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber and an optical fiber cable, and more particularly to a plastic optical fiber having good adhesion to a coating material and excellent moisture and heat resistance and bending resistance.
[0002]
[Prior art]
As an optical fiber, optical transmission can be satisfactorily performed over a wide wavelength region, and therefore, a silica-based optical fiber has been put to practical use mainly in a trunk line system. However, there is a problem that it is expensive and has low workability. For this reason, plastic optical fibers have been developed that have the advantages of being cheaper, lighter, larger in diameter, easier to handle and handle end faces, and other fields such as lighting and sensors, and short / medium in FA, OA, LAN, etc. It has been put to practical use in the field of wiring for distance communication applications. In this specification, “optical fiber” means “plastic optical fiber” unless otherwise specified.
[0003]
Many of the optical fibers for communication that are currently in practical use are steps of core-sheath structure in which polymethyl methacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC) resin is used as a core material and a fluorine-containing ethylenic copolymer is used as a sheath material. It is an index type optical fiber, and is expected to be used as a high-speed communication medium in short / medium-distance communication applications such as indoor wiring and in-car wiring.
[0004]
An optical fiber is generally used in the form of an optical fiber cable whose outer periphery is covered with a coating material.
Here, since the optical fiber cable used for applications such as in-vehicle communication wiring is laid in a high-temperature and high-humidity environment such as in the vicinity of a high-temperature body such as an engine, moisture-resistant heat stability is required. In addition, since it is used in an environment where flammable substances such as oil, electrolyte, gasoline, etc. are present, the coating material has excellent heat resistance and dimensional stability, as well as chemical resistance and flame resistance. It is required to be excellent.
[0005]
An optical fiber cable is also required to have high adhesion between the optical fiber and the covering material. When performing terminal processing to fix plugs, etc. at the end of an optical fiber cable, if the optical fiber and coating material are firmly attached, the plugs can be tightened and fixed from the coating material, simplifying terminal processing. it can. It is preferable from the viewpoint of optical fiber protection that a plug or the like can be fixed on the covering material. Furthermore, if the adhesiveness between the optical fiber and the covering material is high, the optical fiber can be protected from vibration and the like.
[0006]
Also, under high temperature and high humidity, the optical fiber undergoes a form change such as thermal expansion and thermal contraction, and as a result, the optical fiber may protrude or retract (pistoning) from the covering material. When pistoning occurs, the distance between the light source or the light receiving element and the end face of the optical fiber cable changes, so that the optical loss increases, and the amount of light emitted from the optical fiber may fluctuate, causing a problem in the system. Therefore, it is required that the adhesiveness between the optical fiber and the coating material is high, the optical fiber is hardly thermally expanded and contracted, and the pistoning is small.
[0007]
Furthermore, when an optical fiber cable is used in a moving part of a robot, a sensor, a machine tool, etc., the optical fiber is repeatedly bent and vibrated, so that the optical fiber core and sheath material, and the sheath material There is a possibility that peeling occurs between the coating materials and the light loss becomes large. Therefore, the core material and the sheath material, or the sheath material and the covering material are required to be firmly adhered.
[0008]
Patent Documents 1 to 3 propose a technique using a polyamide-based resin as a covering material for the purpose of imparting heat resistance, chemical resistance, heat-resistant dimensional stability, etc. to an optical fiber cable, and are currently commercially available. Also in the optical fiber cable for automobiles, a polyamide-based resin such as nylon 11 or nylon 12 is used as a covering material.
[0009]
As an optical fiber cable that is stable even in a high temperature environment, Patent Document 4 discloses that the core material is made of PMMA, the sheath material is vinylidene fluoride (VdF) units of 40 to 62 mol%, and tetrafluoroethylene (TFE) units of 28 to 40. An optical fiber cable in which a coating material made of nylon 12 is provided on the outer periphery of an optical fiber made of a terpolymer of mol% and hexafluoropropylene (HFP) units of 8 to 22 mol% is disclosed. In Patent Document 5, the core material is made of PMMA, and the sheath material is formed on the outer periphery of an optical fiber made of a terpolymer of ethylene units 5 to 30 wt%, TFE units 40 to 75 wt%, and HFP units 15 to 50 wt%. An optical fiber cable provided with a coating material made of a thermoplastic resin is disclosed.
[0010]
As an optical fiber cable in which the adhesion between the optical fiber and the coating material is increased and the pistoning is suppressed, Patent Document 6 discloses maleic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride as the coating material on the outer periphery of the optical fiber. An optical fiber cable that includes a primary coating layer made of a polyamide-based resin containing an organic acid anhydride such as, and further has a secondary coating layer on the outer periphery thereof is disclosed. Patent Document 7 discloses that an optical fiber having a core made of PMMA and a sheath made of fluorine-containing synthetic resin has a carboxyl end group concentration of 15 μAq / g at the maximum and an amino end group concentration of 50 to 300 μAq / g. An optical fiber cable (synthetic resin light wave transmission body, K-LWL) is disclosed, which includes a coating material made of polyamide or copolyamide in the range, and the coating material is bonded to the sheath material in a self-adhesive state. Yes.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-7-77642
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-319281
[Patent Document 3]
JP 11-242142 A
[Patent Document 4]
JP 2000-266970 A
[Patent Document 5]
JP 2001-74944 A
[Patent Document 6]
WO01 / 40841
[Patent Document 7]
WO00 / 60382
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As disclosed in Patent Documents 1 to 3, by using a polyamide-based resin as a covering material, heat resistance, chemical resistance, heat-resistant dimensional stability, etc. can be imparted to an optical fiber cable. Adhesiveness between the optical fiber and the covering material is good simply by providing a covering material made of a commercially available polyamide resin to a sheath material made of a normal VdF copolymer as disclosed in Document 4. It was difficult to obtain a simple optical fiber cable.
Similarly, the ethylene / TFE / HFP copolymer described as a sheath material in Patent Document 5 has a low refractive index property and a low crystallinity. Although the characteristics are also good, it has been difficult to improve the adhesion with a coating material made of polyamide resin.
[0013]
As described in Patent Document 6, by using an organic acid anhydride in a polyamide-based resin and using this as a coating material, the adhesion between the optical fiber and the coating material can be improved to some extent, A process of mixing the organic acid anhydride with the polyamide-based resin is required, and the organic acid anhydride is irritating and requires careful handling.
[0014]
As described in Patent Document 7, a sheath material made of fluorine-containing sheath material is used to join a sheath material made of a polyamide-based resin having a carboxyl terminal group and an amino terminal group at a specific concentration to the sheath material in a self-adhering state. The synthetic resin needs to contain a certain amount or more of VdF units, and the types of sheath materials to which the technology can be applied are limited. In addition, as the content of VdF units increases, the heat deformation temperature and glass transition point of the sheath material decrease, so the heat resistance of the optical fiber tends to decrease. Further, since the higher the content of VdF units, the more difficult it is to lower the refractive index of the sheath material, a high numerical aperture optical fiber is obtained that has a small bending light loss even when the optical fiber is bent with a small radius of curvature. Tend to be difficult.
[0015]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an optical fiber that has good adhesion to a coating material and is excellent in moist heat resistance and bending resistance without impairing manufacturing workability. Objective. It is another object of the present invention to provide an optical fiber cable that has good adhesion between the optical fiber and the covering material without impairing the manufacturing workability, and has excellent moisture and heat resistance and bending resistance.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The inventor has intensively studied to solve the above-mentioned problems, and invented the following optical fibers and optical fiber cables.
[0017]
The optical fiber of the present invention is an optical fiber including a core material and a sheath material having a single-layer or multi-layer structure formed concentrically on the outer periphery thereof, and the outermost layer of the sheath material is a carboxyl group, a carboxyl derivative group, A functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a) unit having 0.2 to 40% by mass of at least one functional group selected from ethylene oxide groups and a fluorine-containing ethylenic monomer different from the monomer (a) The main component is a fluorine-containing ethylenic copolymer (X) containing 60 to 99.8% by mass of the monomer (b) unit.
In the present specification, the “main component” is defined as a component having the largest content.
[0018]
In the optical fiber of the present invention, the refractive index of the fluorine-containing ethylenic copolymer (X) is preferably in the range of 1.30 to 1.42, and the crystal melting point or glass transition point is preferably 230 ° C. or lower. In this specification, “refractive index” means a refractive index at 25 ° C. by sodium D line.
[0019]
Further, the fluorine-containing ethylenic copolymer (X) contains at least one monomer unit represented by the following general formula (1) as the functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a) unit. It is preferable.
CX¹ ₂= CX²-R¹-Y ... (1)
(However, in the formula, X¹, X²Each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom, Y represents any one of a carboxyl group, a carboxyl ester group and an ethylene oxide group;¹Is a fluorine-containing alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or the general formula —OR²(R²Represents a group represented by a fluorine-containing alkylene group having 1 to 5 carbon atoms. )
[0020]
Further, the fluorine-containing ethylenic copolymer (X) has 0 to 20% by mass of vinylidene fluoride units and 30 to 75% by mass of tetrafluoroethylene units as the units of fluorine-containing ethylenic monomer (b), and the following general formula: It is preferable that 30.1-70 mass% of monomer units represented by (2) is included.
CF₂= CF-R³... (2)
(However, in the formula, R³Is a C 1-5 perfluoroalkyl group or a general formula —OR⁴(R⁴Represents a group represented by a C 1-5 perfluoroalkyl group. )
[0021]
The fluorine-containing ethylenic copolymer (X) is a fluorine-containing ethylenic monomer (b) unit having a tetrafluoroethylene unit of 25 to 70% by mass, an ethylene unit of 5 to 60% by mass, and the following general formula (2). It may contain 5 to 45 mass% of the monomer units represented.
CF₂= CF-R³... (2)
(However, in the formula, R³Is a C 1-5 perfluoroalkyl group or a general formula —OR⁴(R⁴Represents a group represented by a C 1-5 perfluoroalkyl group. )
[0022]
The fluorine-containing ethylenic copolymer (X) is a fluorine-containing ethylenic monomer (b) unit.
2 components of 70 to 90% by mass of vinylidene fluoride units and 10 to 30% by mass of tetrafluoroethylene units,
Alternatively, it may contain three components of 10 to 50% by mass of vinylidene fluoride units, 30 to 70% by mass of tetrafluoroethylene units and 15 to 30% by mass of hexafluoropropylene units.
[0023]
Moreover, it is preferable that the sheath material has a two-layer structure and the refractive index decreases in the order of the core material, the inner layer of the sheath material, and the outer layer of the sheath material.
In this case, the inner layer of the sheath material contains 15 to 90% by mass of a fluoroalkyl (meth) acrylate (c) unit represented by the following general formula (3), and the refractive index is in the range of 1.39 to 1.475. It is preferable to use the copolymer in the above as a main component.
CH₂= CX³-COO (CH₂)_m(CF₂)_nX⁴... (3)
(However, in the formula, X³Is a hydrogen atom or a methyl group, X⁴Represents a hydrogen atom or a fluorine atom, m represents 1 or 2, and n represents an integer of 1 to 12. )
[0024]
The optical fiber cable of the present invention is characterized in that the outer periphery of the above-described optical fiber of the present invention is coated with a single-layer or multi-layer coating material made of a thermoplastic resin.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[Optical fiber]
The optical fiber of the present invention comprises a core material and a sheath material having a single-layer or multi-layer structure formed concentrically on the outer periphery thereof.
(Core material)
Since the core material is excellent in translucency, it is composed mainly of at least one selected from polymethyl methacrylate (PMMA) and a copolymer of methyl methacrylate and at least one vinyl monomer. It is preferable.
When a methyl methacrylate copolymer is used, the content of methyl methacrylate units is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and particularly preferably 70% by mass or more from the viewpoint of ensuring transparency. Examples of vinyl monomers that can be copolymerized include acrylic acid esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate, and n-butyl acrylate, and methacrylic acid esters such as ethyl methacrylate, propyl methacrylate, and cyclohexyl methacrylate, Maleimides, acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, styrene and the like can be mentioned.
When heat resistance is required for the optical fiber, a polycarbonate (PC) resin may be used as a main component. A known polycarbonate resin can be used.
[0026]
(Sheath material)
The sheath material may be either a single layer structure or a multilayer structure, but at least the outermost layer of the sheath material has high adhesion to both the core material and the coating material mainly composed of polyamide-based resin. As a main component, a specific fluorine-containing ethylenic copolymer having a polar functional group is formed.
By adopting such a configuration, the optical fiber and the coating material can be easily and firmly adhered to each other without adding an adhesion improver to the coating material or providing an adhesion layer between the optical fiber and the coating material. An optical fiber cable can be provided. Furthermore, even if the optical fiber cable using the optical fiber of the present invention is used in a high temperature and high humidity environment for a long period of time, the adhesion between the optical fiber and the coating material does not deteriorate.
[0027]
The fluorine-containing ethylenic copolymer, which is the main component of the outermost layer of the sheath material, not only exhibits excellent adhesion to both the core material and the coating material, but also has a low refractive index and is good It is important to have excellent transparency, and excellent bending resistance and workability. As the fluorine-containing ethylenic copolymer having such properties, in the present invention, a functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a) having at least one functional group selected from a carboxyl group, a carboxyl derivative group, and an ethylene oxide group is used. A fluorine-containing ethylenic copolymer (X) containing a unit and a fluorine-containing ethylenic monomer (b) unit different from the monomer (a) is employed. In addition, fluorine-containing ethylenic copolymer (X) shall contain 1 type or multiple types of monomer, respectively as a monomer (a) unit and a monomer (b) unit.
It does not specifically limit as a polymerization method of fluorine-containing ethylenic copolymer (X), A well-known method, such as a suspension polymerization method and an emulsion polymerization method, is employable.
[0028]
In the fluorine-containing ethylenic copolymer (X), the content of the monomer (a) unit is 0.2 to 40% by mass, and the content of the monomer (b) unit is 60 to 99.8 mass. %.
When the content of the functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a) unit is less than 0.2% by mass, the effect of improving the adhesion is insufficient, and when it exceeds 40% by mass, the molding stability of the copolymer (X) is reduced. And heat resistance may be reduced.
[0029]
The refractive index of the fluorine-containing ethylenic copolymer (X) is preferably in the range of 1.30 to 1.42.
If the refractive index is less than 1.30, the elastomeric properties tend to be high, and the melt spinning stability is lowered, and when the optical fiber is wound around a bobbin, the optical fibers may be in close contact with each other. When the refractive index is more than 1.42, the numerical aperture of the optical fiber becomes small, so that when the optical fiber is bent with a bending radius of 15 mm or less, the loss of bending light amount tends to increase.
[0030]
The crystal melting point or glass transition point of the fluorinated ethylenic copolymer (X) is preferably 230 ° C. or lower. If the crystal melting point and the glass transition point are both above 230 ° C., it may be difficult to form an optical fiber having a core material made of PMMA, PC resin, or the like near a general spinning temperature.
[0031]
The fluorine-containing ethylenic copolymer (X) contains at least one monomer unit represented by the following general formula (1) as the functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a) unit. preferable.
CX¹ ₂= CX²-R¹-Y ... (1)
In formula (1), X¹, X²Each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom, R¹Is a fluorine-containing alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or the general formula —OR²(R²Represents a group represented by a fluorine-containing alkylene group having 1 to 5 carbon atoms.
Since the outermost layer of the sheath material and the underlying layer (the core material or other layers of the sheath material) can be firmly adhered, Y is preferably any group of a carboxyl group, a carboxyl ester group, and an ethylene oxide group. .
[0032]
Specific examples of the monomer unit represented by the general formula (1) include, but are not limited to, those represented by the following structural formulas. In any of the formulas, n is an integer of 1 to 4, and m is an integer of 0 to 3 (where n + m is an integer of 1 to 5). EO represents an ethylene oxide group.
CF₂= CF (CF₂)_n(CH₂)_mCOOH
CF₂= CF (CF₂)_n(CH₂)_mCOOCH₃
CF₂= CF (CF₂)_n(CH₂)_m-EO
CF₂= CFO (CF₂)_n(CH₂)_mCOOH
CF₂= CFO (CF₂)_n(CH₂)_mCOOCH₃
CF₂= CFO (CF₂)_n(CH₂)_m-EO
CH₂= CHO (CF₂)_n(CH₂)_mCOOH
CH₂= CHO (CF₂)_n(CH₂)_mCOOCH₃
CH₂= CHO (CF₂)_n(CH₂)_m-EO
[0033]
The fluorine-containing ethylenic monomer (b) is a component for adjusting the heat resistance, refractive index, molding stability, melt fluidity and the like of the fluorine-containing ethylenic copolymer (X).
[0034]
(A) For example, when low bending loss is required for an optical fiber, from the viewpoint of low refractive index (high aperture angle) and transparency, the fluorinated ethylenic copolymer (X) is fluorinated ethylenic. As the monomer (b), 0 to 20% by mass of vinylidene fluoride (VdF) units, 30 to 75% by mass of tetrafluoroethylene (TFE) units, and a monomer unit represented by the following general formula (2) 30. It is preferable that 1-70 mass% is included.
CF₂= CF-R³... (2)
(However, in the formula, R³Is a C 1-5 perfluoroalkyl group or a general formula —OR⁴(R⁴Represents a group represented by a C 1-5 perfluoroalkyl group. )
The VdF unit has an effect of improving molding stability, the TFE unit has an effect of improving heat resistance, and the monomer unit represented by the formula (2) has molding stability and melt fluidity. Has the effect of adjusting
Specific examples of the monomer unit represented by formula (2) include hexafluoropropylene (HFP) units, octafluoropropylene units, perfluorotrifluoromethyl vinyl ether, perfluoropentafluoroethyl vinyl ether, and the like. Perfluoroalkyl vinyl ether units and the like.
[0035]
(B) When heat resistance is required for the optical fiber, the fluorine-containing ethylenic copolymer (X) is used as the fluorine-containing ethylenic monomer (b) from the viewpoint of heat distortion temperature and molding stability. It is preferable to contain 25-70 mass% of tetrafluoroethylene (TFE) units, 5-60 mass% of ethylene units, and 5-45 mass% of monomer units represented by the following general formula (2).
CF₂= CF-R³... (2)
(However, in the formula, R³Is a C 1-5 perfluoroalkyl group or a general formula —OR⁴(R⁴Represents a group represented by a C 1-5 perfluoroalkyl group. )
[0036]
(C) When the optical fiber is required to have molding stability or stronger adhesion between the outermost layer of the sheath material and the base layer (the core material or other layer of the sheath material), a methacrylate polymer or the like From the viewpoint of improving the adhesion to the fluorinated ethylenic copolymer (X), the fluorinated ethylenic monomer (b) contains 70 to 90% by mass of vinylidene fluoride (VdF) units and tetrafluoroethylene. (TFE) 10 to 30% by mass of two components, or vinylidene fluoride (VdF) 10 to 50% by mass, tetrafluoroethylene (TFE) 30 to 70% by mass and hexafluoropropylene (HFP) 15 to 30% It is preferable to contain three components by mass%.
[0037]
Regarding (B), a terpolymer (EFEP copolymer) comprising an ethylene unit, a TFE unit, and an HFP unit and having a refractive index of 1.42 or less has been known as a sheath material. . Of the components of the EFEP copolymer, ethylene units and TFE units are originally highly crystalline components. In addition, since the TFE unit needs to be contained at a high concentration in order to make the refractive index 1.42 or less, the crystallinity of the copolymer tends to be high. For this reason, when an EFEP copolymer is used for the sheath material, there are inconveniences such as white turbidity at normal temperature and lower transparency, higher melting point and lower fluidity near the spinning temperature of the optical fiber, and initial transmission characteristics. In some cases, the heat resistance was deteriorated.
On the other hand, the functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a) and a copolymer (modified EFEP copolymer) comprising an ethylene unit, a TFE unit, and an HFP unit have a refractive index of 1.42 or less. Even so, the transparency is high and the melting point is low, and the fluidity near the spinning temperature of an optical fiber having PMMA or the like as a core material is excellent. This is presumably because the crystallinity is lowered by the functional group structure in the functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a). Therefore, by using this copolymer for the outermost layer of the sheath material, an optical fiber excellent in initial transmission characteristics and heat resistance characteristics can be provided.
[0038]
In the fluorinated ethylenic copolymer (X), the functional group-containing fluorinated ethylenic monomer (a) unit constitutes the outermost layer of the sheath material (the core material or the other layer of the sheath material). Because of the high affinity with the methacrylate polymer, etc., the outermost layer and the underlayer of the sheath material are not provided with a compatible layer formed by mixing these at the interface between the outermost layer and the underlayer of the sheath material. It will be in the state which adhered firmly. Accordingly, even when the optical fiber is repeatedly bent, peeling between the core material sheath material and between the sheath material layers can be suppressed. Further, even when the optical fiber is used for a long time in a high temperature and high humidity environment, an increase in transmission loss due to an increase in structural irregularities at the interface is suppressed. And the heat-and-moisture resistance of an optical fiber can be improved in combination with the heat resistance characteristics of the sheath material itself.
[0039]
The refractive index of the fluorine-containing ethylenic copolymer (X) is preferably 1.42 or less, more preferably 1.37 or less, and particularly preferably 1.33 or less. By using the copolymer (X) having such a refractive index as at least the outermost layer of the sheath material, for example, when it is bundled with wire harnesses and disposed on the vehicle body, even if it is bent with a radius of 15 mm or less, the bending light amount loss It is possible to provide an optical fiber with less. However, since the copolymer (X) contains more fluorovinyl compound units as the refractive index decreases, the elastomeric properties tend to be higher. Therefore, the refractive index of the copolymer (X) is preferably 1.30 or more.
[0040]
The fluorine-containing ethylenic copolymer (X) has a melt flow index of 5 to 100 g / 10 min at 230 ° C. measured with a load of the outermost layer of the sheath material of 5 kgf (49 N) from the viewpoint of molding stability of POF. Is preferably in the range of 10 to 50 g / 10 min. The melt flow index can be appropriately adjusted by adjusting the molecular weight during the polymerization of the copolymer (X) or by adding an appropriate amount of a low molecular weight copolymer.
[0041]
As described above, since the fluorine-containing ethylenic copolymer (X) has a low refractive index and low crystallinity, it is excellent in transparency and molding stability, and is used at least as the outermost layer of the sheath material. Thus, an optical fiber having excellent performance can be provided.
[0042]
Although it has been stated that the sheath material may be either a single layer structure or a multilayer structure, when the sheath material has a multilayer structure, the outer periphery of the first layer (inner layer) is placed on the outer periphery of the first layer (inner layer) from the viewpoint of reducing manufacturing costs. A two-layer structure in which two layers (outer layers) are provided is preferable.
When the sheath material has a two-layer structure, the refractive index decreases in the order of the core material, the first layer (inner layer) of the sheath material, and the second layer (outer layer) of the sheath material. Is preferred. By adopting such a configuration, even if the optical fiber is bent and light leaks from the first layer of the sheath material, the leaked light can be reflected to the core material side by the second layer of the sheath material, Bending loss can be reduced.
[0043]
When the sheath material has a two-layer structure, the constituent material of the first layer (inner layer) of the sheath material can be appropriately designed.
For example, the first layer of the sheath material is excellent in flexibility and workability while having good transparency and heat resistance. Therefore, the fluoroalkyl (meth) acrylate represented by the following general formula (3) ( c) 15 to 90% by mass of units and 85 to 10% by mass of monomer (d) units different from the monomer (c), and the refractive index is in the range of 1.39 to 1.475. It is preferable to constitute the polymer as a main component.
CH₂= CX³-COO (CH₂)_m(CF₂)_nX⁴... (3)
(However, in the formula, X³Is a hydrogen atom or a methyl group, X⁴Represents a hydrogen atom or a fluorine atom, m represents 1 or 2, and n represents an integer of 1 to 12. )
[0044]
When high-band transmission is required for the optical fiber, the first layer of the sheath material is composed of 0 to 50% by mass of a long-chain fluoroalkyl methacrylate unit represented by the following general formula (4), and the following general formula: It consists of 0 to 50% by mass of the short-chain fluoroalkyl methacrylate unit represented by (5) and 50 to 80% by mass of other copolymerizable monomer units, and has a refractive index of 1.45 to 1.48. It is preferable to constitute a copolymer in the range as a main component.
CH₂= C (CH₃) COO (CH₂)_m(CF₂)_nCF₃... (4)
(In the formula, m represents 1 or 2, and n represents an integer of 5 to 12.)
CH₂= C (CH₃) COOCH₂(CF₂)_nX (5)
(However, in the formula, X represents a hydrogen atom or a fluorine atom, and n represents an integer of 1 to 4.)
If the refractive index of the first layer of the sheath material is too high, the effect of suppressing the loss of bending light amount due to the second layer of the sheath material tends to be insufficient, so transmission is performed according to the environment in which the optical fiber is used. It is desirable to balance the bandwidth and bending light loss.
[0045]
When particularly low bending loss is required for the optical fiber, the first layer of the sheath material is composed of 0 to 80% by mass of the long-chain fluoroalkyl methacrylate unit represented by the general formula (4), and the general It consists of 10 to 90% by mass of the short-chain fluoroalkyl methacrylate unit represented by the formula (5) and 10 to 50% by mass of other copolymerizable monomer units, and the refractive index is 1.39 to 1.435. It is preferable to constitute a copolymer in the range as a main component.
[0046]
When heat resistance is particularly required for the optical fiber, the first layer of the sheath material has an α-fluoroacrylate unit represented by the following general formula (6), and the refractive index is 1. It is preferable that the main component is a copolymer having a glass transition point of 100 ° C. or higher in the range of 38 to 1.435.
CH₂= CF-COOCH₂(CF₂)_nX (6)
(However, in the formula, X represents a hydrogen atom or a fluorine atom, and n represents an integer of 1 to 4.)
The α-fluoroacrylic acid ester represented by the above formula (6) includes α-fluoroacrylic acid methyl, α-fluoroacrylic acid 2,2,2-trifluoroethyl, α-fluoroacrylic acid 2,2,3. , 3,3-pentafluoropropyl and the like.
[0047]
As explained above, the second layer of the sheath material is mainly composed of the copolymer (X) of the functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a) and the fluorine-containing ethylenic monomer (b). By configuring the core material, the first layer (inner layer) of the sheath material, and the second layer (outer layer) of the sheath material so that the refractive index decreases, the amount of bending loss at a radius of 15 mm or less is reduced. Therefore, it is possible to provide an optical fiber excellent in moisture and heat resistance stability.
[0048]
(Protective layer)
In the optical fiber of the present invention, a protective layer may be provided on the outer periphery of the sheath material in order to further improve the bending resistance and the heat and moisture resistance.
As the protective layer material, for example, a fluorine resin having a fluorine atom content of 59% by mass or more is preferably used. By using such a material, sufficient bending resistance, moist heat resistance and chemical resistance can be improved.
Specific examples of protective layer materials include VdF / TFE copolymer, VdF / TFE / HFP copolymer, VdF / TFE / HFP / (perfluoro) alkyl vinyl ether copolymer, VdF / hexafluoroacetone copolymer. Polymers, VdF / trifluoroethylene copolymers, VdF / HFP copolymers, VdF / TFE / hexafluoroacetone copolymers, ethylene / TFE / HFP copolymers, and the like, but are not limited thereto. Absent.
[0049]
[Optical fiber cable]
In the optical fiber cable of the present invention, the outer periphery of the above optical fiber of the present invention is coated with a coating material having a single layer or a multilayer structure. By providing a coating material on the outer periphery of the optical fiber to form an optical fiber cable, it is possible to further improve the bending resistance and the moisture and heat resistance. In addition, since a coating | covering material does not contact | connect a core material directly, even if transparency falls by crystallization, a problem will not arise.
[0050]
Each layer of the coating material can be composed mainly of various thermoplastic resins that are generally used as coating materials for optical fibers. Depending on the use environment, the polyamide resin, the polyethylene resin, and the polypropylene resin can be used. It is preferable that at least one selected from the group consisting of a polyvinylidene chloride resin, a chlorinated polyethylene resin, a polyurethane resin, and a vinylidene fluoride resin is used as a main component.
[0051]
Among these, polyamide-based resins are excellent in heat resistance, flex resistance, and solvent resistance, and are therefore suitable for use as coating materials for optical fiber cables for applications that require heat resistance and environmental resistance. Moreover, since it is excellent in processability and has an appropriate melting point, it has an advantage that the optical fiber can be easily coated without deteriorating the transmission performance of the optical fiber.
[0052]
Examples of polyamide resins include homopolymers such as nylon 10, nylon 11, nylon 12, nylon 6, and nylon 66, copolymers composed of combinations of these, nylon elastomers with flexible segments introduced, and the like. These may be used alone or in combination of two or more, and may be used by adding a polymer or compound other than a polyamide-based resin as necessary. it can. When other components such as other polymers and compounds are blended, the content of the polyamide-based resin is 20% by mass or more, preferably 50% by mass or more as long as desired effects are obtained. It is preferred to add the components.
[0053]
Among polyamide-based resins, a copolymer made of nylon 11, nylon 12, or a combination thereof is particularly preferable. These have good moldability in the coating process and hardly cause thermal and mechanical damage to the optical fiber. And since it is excellent also in adhesiveness and dimensional stability, there exists an effect which prevents a pistoning effectively.
[0054]
A conventional sheath material made of a fluorine-containing ethylenic polymer having a refractive index of 1.42 or less, particularly when the coating material is made of a polyamide-based resin such as nylon 11 or nylon 12, reduces the adhesion to the coating material. There was a trend. When the adhesion between the sheath material and the covering material of the optical fiber is reduced, for example, in the case of an optical fiber cable mounted on a vehicle, the looseness of the connector of the optical fiber may occur under running environment, high temperature environment such as around the engine or summer. Pistoning and the like are likely to occur.
However, in the present invention, since the outermost layer of the sheath material is composed of the specific fluorine-containing ethylenic copolymer (X) containing the functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a) unit, there is no such fear. This is because the functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a) unit has a high affinity with the polyamide-based resin or the like constituting the coating material, and the outermost layer of the sheath material and the coating material are in close contact with each other Because it becomes. Therefore, even when used for a long time under high temperature, high temperature and high humidity, etc., loosening of the connector of the optical fiber, pistoning and the like are suppressed, and an optical fiber cable having extremely good moisture and heat resistance is provided.
[0055]
In order to make the adhesion between the outermost layer of the sheathing material and the covering material stronger, at least the innermost layer of the covering material is mainly composed of a polyamide-based resin having a terminal amino group content in the range of 30 to 300 μeq / g. It is preferable to constitute as a component. As such a polyamide-based resin, for example, Grilamide-L16A (trade name) manufactured by EMS is commercially available. When the terminal amino group content of the polyamide-based resin used for the innermost layer of the coating material is less than 30 μeq / g, there is a possibility that the effect of improving the adhesion is not sufficiently exhibited, and when it exceeds 300 μeq / g, the melt fluidity of the resin decreases. Or the surface smoothness of the optical fiber cable may be reduced.
[0056]
In the optical fiber cable of the present invention, in order to prevent external light from entering the optical fiber, the coating material may contain a light shielding agent such as carbon black. Moreover, in order to improve the discriminability and designability of the optical fiber cable, the coating material may contain a colorant. As the colorant, known dyes and inorganic ones are used, but inorganic pigments are preferably used from the viewpoint of heat resistance.
In addition, a flame retardant may be included in order to impart or improve flame retardancy to the coating material. As the flame retardant, known flame retardants such as metal hydroxides, phosphorus compounds, and triazine compounds can be used. When a polyamide resin is used as the main component of the coating material, a triazine compound is preferable, and melamine cyanurate is particularly preferable.
[0057]
As described above, according to the present invention, since the outermost layer of the sheath material is mainly composed of the specific fluorine-containing ethylenic copolymer (X), the adhesiveness with the coating material is good, and the transmission performance. In addition, it is possible to provide an optical fiber excellent in moisture-heat stability, flex resistance, and the like. In the present invention, since such an effect can be obtained without using an irritating substance such as an organic acid anhydride, the manufacturing workability is not impaired.
And by using the optical fiber of the present invention, the optical fiber has excellent adhesion between the optical fiber and the coating material, without impairing the manufacturing workability, and excellent in transmission performance, moisture and heat stability, bending resistance, etc. Cable can be provided. The optical fiber cable of the present invention is excellent in flame retardancy and chemical resistance.
According to the present invention, it is possible to provide an optical fiber cable having a drawing strength between the optical fiber and the coating material of 15 N or more, and a drawing strength between the optical fiber and the coating material of 20 N or more, and further 30 N or more. It is also possible to provide an optical fiber cable. If the pull-out strength between the optical fiber and the coating material is 15 or more, preferably 20 N or more, more preferably 30 N or more, the adhesion between the optical fiber and the coating material is sufficiently strong, and therefore mechanical action such as vibrations. Therefore, it is possible to prevent the optical fiber from being broken at the connector portion or the like.
[0058]
【Example】
Next, examples and comparative examples according to the present invention will be described.
(Evaluation items and evaluation methods)
Evaluation items and evaluation methods in the examples and comparative examples were as follows.
<Melt flow index (MFR)>
The melt flow index (MFR) was measured from the amount of resin discharged in 10 minutes from a nozzle with a diameter of 2 mm and a length of 8 mm under the conditions of 230 ° C. and a load of 5 kgf (49 N) in accordance with Japanese Industrial Standard JIS K7210. .
(Refractive index)
A film-shaped test piece having a thickness of 200 μm was prepared by a melt press method, and the refractive index of sodium D-line at 25 ° C. (n_D ²⁵) Was measured.
[0059]
(Transmission loss)
The transmission loss (dB / km) was measured by a 25m-5m cutback method. The measurement wavelength was 650 nm, and the NA (numerical aperture) of incident light was 0.1 and 0.65. The transmission loss was measured twice, after the initial period and after the optical fiber cable was left in an oven at a temperature of 85 ° C. and a relative humidity (RH) of 95% for 1000 hours. In addition, the increase in loss was determined from the difference.
[0060]
(Bending loss)
LED light having a wavelength of 660 nm was incident from one end of an optical fiber cable having a length of 10 m. In this state, the central portion of the optical fiber cable was wound 360 ° around the outer periphery of a rod-shaped object having a radius of 10 mm (R10 mm), and the amount of light emitted from the other end was measured. The bending loss was calculated from the difference between the output light amount of the optical fiber cable bent in this way and the output light amount measured in the same manner for the same optical fiber cable in a non-bent state.
[0061]
(Number of repeated bending)
A load of 500 gf (4.9 N) was applied to one end of an optical fiber cable having a length of 4 m, and the central portion of the optical fiber cable was sandwiched between two circular tubes having a diameter of 15 mm. In this state, the other end of the optical fiber cable is moved to one circular tube side, wound around the outer periphery of the circular tube so that the optical fiber cable bends 90 °, and further moved to the other circular tube side. Was wound around the outer circumference of the tube so that it bent 90 °, and was bent 180 ° in total. This operation was repeated, and the number of bendings until the optical fiber cable was broken was measured.
[0062]
(Pulling strength of coating layer)
As shown in FIG. 1, the pull-out strength (peeling strength) of the coating layer includes a jig 12 that holds the optical fiber cable 10, a chuck 8 that holds a protrusion 14 formed at one end of the jig 12, and an optical It measured using the measuring apparatus 20 provided with the chuck | zipper 7 which hold | grips the peeling part 5 of the fiber cable 10. FIG. The jig 12 is formed with a holding chamber 13 in which the covering portion 4 of the optical fiber cable 10 is accommodated, and a through hole 15 that is larger than the peeling portion 5 of the optical fiber cable 10 and narrower than the covering portion 4.
In the measurement, an optical fiber cable from which the coating layer on one end side was peeled off was prepared and cut so that the length of the coating portion 4 of the optical fiber cable was 30 mm.
Next, the coated portion 4 of the optical fiber cable was accommodated in the holding chamber 13 formed in the jig 12, and the peeled portion 5 of the optical fiber cable was extracted from the through hole 15. Next, the protrusion 14 formed at one end of the jig 12 was gripped by the chuck 8, and the peeling portion 5 of the optical fiber cable was gripped by the chuck 7.
Next, the chuck 8 is moved at a constant speed of 50 mm / min along the central axis direction of the optical fiber cable 10 (in the direction of the arrow in the drawing), and the jig 12 is pulled. The part thicker than 5 was pulled out. From the curve showing the relationship between the drawing stress at this time and the amount of displacement in the drawing direction of the portion thicker than the peeled portion 5 in the coated portion 4 of the optical fiber cable 10, the peak value of the stress at the time of drawing is read and the drawing strength and did.
Further, in order to evaluate the thermal stability of the pulling strength, the measurement was performed in the same manner after the optical fiber cable having a length of 100 cm was left in an oven at 85 ° C. and a relative humidity (RH) of 95% for 1000 hours. .
[0063]
(Pistoning)
One end of the optical fiber cable was inserted into a plug having an inner diameter 50 μm larger than the outer diameter of the optical fiber cable, and the covering layer was caulked and fixed to produce an optical fiber cable with a plug. The length of the protruding or retracting optical fiber cable from the plug end face was measured after leaving the produced 100 cm long optical fiber cable with a plug in a 90 ° C. dryer for 24 hours.
[0064]
Example 1
In the following manner, an optical fiber cable was obtained in which an optical fiber composed of a single-layer core material and a two-layer sheath material was coated with a coating material composed of a single coating layer.
PMMA (refractive index 1.492) as the core material, and 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate (3FM) / 2- (perfluorooctyl) as the first layer of sheath material (the innermost layer of the sheath material) Ethyl methacrylate (17FM) / methyl methacrylate (MMA) / methacrylic acid (MAA) copolymer (mass ratio of each component 50/30/20/1, refractive index 1.416), second layer of sheath material (sheath Material outermost layer) Material CF₂= CFCF₂COOH-containing fluorine-containing ethylene monomer (I) / ethylene (Et) / tetrafluoroethylene (TFE) / hexafluoropropylene (HFP) copolymer represented by COOH (mass ratio of each component 2/45/28 / 25, refractive index 1.408, MFR40, glass transition point 60 ° C.).
These materials are melted, supplied to a spinning head at 220 ° C., compound-spun using a concentric composite nozzle, and then stretched twice in the direction of the fiber axis in a 140 ° C. hot-air heating furnace. An optical fiber having a thickness of 10 μm and an outer diameter of 1 mm was obtained for both the first layer and the second layer.
This optical fiber is coated with modified nylon 12 (manufactured by EMS, Grilamide-L16A, terminal amino group content 116 μeq / g) with a crosshead die set at 220 ° C. using a crosshead cable coating apparatus. Then, a coating layer having a thickness of 250 μm was formed, and an optical fiber cable having an outer diameter of 1.5 mm was obtained.
[0065]
(Examples 2-6, Comparative Examples 1 and 2)
An optical fiber cable was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition was as shown in Table 1.
[0066]
Each abbreviation in Table 1 represents the following compound.
Fluorinated methacrylate copolymer: 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate / 2- (perfluorooctyl) ethyl methacrylate / methyl methacrylate / methacrylic acid copolymer (mass ratio of each component 50/30/20/1 )
Monomer (I): Structural formula CF₂= CFCF₂COOH-containing fluorine-containing ethylene monomer represented by COOH
Monomer (II): Structural formula CF₂= CFOCF₂CF₂COOCH₃A fluorine-containing ethylene monomer containing a carboxyl ester group represented by
Monomer (III): Structural formula CF₂= CFCF₂CF₂CH₂Ethylene oxide group-containing fluorine-containing ethylene monomer represented by -EO (wherein EO represents an ethylene oxide group)
Et: Ethylene
TFE: Tetrafluoroethylene
HFP: Hexafluoropropylene
PFTFMVE: Perfluorotrifluoromethyl vinyl ether
PA12: Nylon 12 (manufactured by EMS, Grilamide-L16A)
[0067]
(result)
The results obtained in each example and comparative example are shown in Table 2.
As shown in Tables 1 and 2, the outermost layer of the sheath material contains any of fluorine-containing ethylenic monomers (I) to (III) having a carboxyl group, a carboxyl ester group, or an ethylene oxide group. In Examples 1 to 6 composed of a fluoroethylenic copolymer, the obtained optical fiber cable had low transmission loss and good transmission performance both in the initial stage and after storage in a high temperature and high humidity environment. Further, the bending loss was small, the number of repeated bending was large, and the bending resistance was excellent. Furthermore, the pulling strength of the coating layer was as large as 22 N or more in both the initial stage and after storage in a high temperature and high humidity environment, the adhesion between the optical fiber and the coating layer was very good, and the pistoning was also very good at less than 5 μm.
[0068]
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which the outermost layer of the sheath material is composed of Et / TFE / HFP copolymer or TFE / PFTFMVE, the obtained optical fiber cable has the same outermost layer of the sheath material. Compared to Examples 2 and 6, which were made of a material having a refractive index of the same degree, the initial transmission loss was about the same, but the number of repeated flexing (flexibility) and pullout strength (adhesion) were remarkably small. Moreover, the pistoning was remarkably large and the performance was poor.
[0069]
[Table 1]

[0070]
[Table 2]

[0071]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, there is provided an optical fiber that has good adhesion with a coating material without impairing manufacturing workability, and has excellent transmission performance, moisture-heat stability, and bending resistance. be able to. Moreover, the optical fiber cable which has the same effect can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method for measuring the pulling strength in examples and comparative examples according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Optical fiber cable
20 Measuring device

Claims

In an optical fiber comprising a core material and a sheath material having a single-layer or multi-layer structure formed concentrically on the outer periphery thereof,
The outermost layer of the sheath material has a functional group-containing fluorinated ethylenic monomer (a) unit of 0.2 to 40% by mass having at least one functional group selected from a carboxyl group, a carboxyl ester group, and an ethylene oxide group. The main component is a fluorine-containing ethylenic copolymer (X) containing 60 to 99.8% by mass of a fluorine-containing ethylenic monomer (b) unit different from the monomer (a) ,
The fluorine-containing ethylenic copolymer (X) contains at least one monomer unit represented by the following general formula (1) as the functional group-containing fluorine-containing ethylenic monomer (a) unit, And a fluorine-containing ethylenic monomer (b) unit comprising at least one monomer unit selected from a tetrafluoroethylene unit, a hexafluoropropylene unit, and a perfluorotrifluoromethyl vinyl ether unit. fiber.
CX ¹ ₂ = CX ² -R ¹ -Y (1)
(Wherein, X ^1, X ² each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom, Y represents a carboxyl group, a carboxyl ester group, any group of ethylene oxide groups, R ¹ is 1 to the number of carbon atoms 5 is a fluorine-containing alkylene group or a group represented by the general formula —OR ² (R ² is a fluorine-containing alkylene group having 1 to 5 carbon atoms).

2. The light according to claim 1, wherein the outermost layer of the sheath material is made of a material having a melt flow index at 230 ° C. measured at a load of 5 kgf in a range of 5 to 100 g / 10 minutes. fiber.

Together with the sheath material is a two-layer structure, the core material, the inner layer of the sheath material, the order of the outer layer of the sheath material, according to claim 1 or claims refractive index is characterized by being configured to decrease Item 3. The optical fiber according to Item 2 .

An inner layer of the sheath material contains 15 to 90% by mass of a fluoroalkyl (meth) acrylate (c) unit represented by the following general formula (3) and has a refractive index in the range of 1.39 to 1.475. The optical fiber according to claim 3 , comprising a polymer as a main component.
_{^{_{CH 2 = CX 3 -COO (CH}}} 2) m (CF 2) n X 4 ··· (3)
(Wherein, X ³ represents a hydrogen atom or a methyl group, X ⁴ represents a hydrogen atom or a fluorine atom, m represents 1 or 2, and n represents an integer of 1 to 12.)

The outer periphery of the optical fiber according to any one of claims 1 to 4 is coated with a coating material mainly composed of nylon 11 or nylon 12, or a copolymer made of a combination thereof. An optical fiber cable characterized by